[化学]环境分析化学 01 定量分析概论ppt课件

1、 1.1定量分析结果的表示 1.2分析化学中的误差概念 1.3有效数字及其运算规那么 1.4滴定分析法概述 待测组分的化学表示方式 以待测组分实践存在方式表示分子、离子 以氧化物矿石分析中常用 元素方式表示金属资料、有机分析 待测组分含量的表示方法 固体试样 质量分数*：WB= m B /ms ,g/kg,mg/g,ug/g等 气体试样 体积分数 ,mL/L等 液体试样 质量分数 WB= m B /ms ,g/kg,mg/g,ug/g等 体积分数 VB= v B /vs ,如5%HCl 也有用不同溶液的比例表示 1+5硫酸表示1体积硫酸加5体积蒸馏水配成的溶液 1:3硫酸表示1体积硫酸加3体积

2、蒸馏水配成的溶液 王水表示1体积硝酸加3体积盐酸配成的溶液 质量体积百分数* 一定体积溶液中组份的质量mg/L, ug/L, mg/mL, ug/mL,等 *过去ug/mL=ppm(10-6), ng/mL=ppb(10-9), pg/mL=ppt(10-12) 物质的量体积百分数* 一定体积溶液中组份的物质的量mol/L, mmol/L等 真值* 平均值 中位数 准确度与精细度* 误差与偏向* 公差 误差分类及其产生的缘由* 实际真值 一个量严厉定义的实际值通常叫实际真值。 三角形内角和为180 商定真值 根据国际计量委员会经过并发布的各种物理参量单位的定义，利用当今最先进科学技术复现这些实

3、物单位基准，其值被公以为国际或国家基准，称为商定真值。 纯水在1个规范大气压下沸腾的温度为100 1米：氪-86原子的2 p 10 和5 d 5 之间跃迁所对应的辐射在真空中的1,650,763.73个波长的长度 相对真值 假设高一级检测仪器(计量器具)的误差仅为低一级检测仪器误差的13110，那么可以为前者是后者的相对真值。 石英钟与沙漏 2、平均值 对同一种试样，在同样条件下反复测定n次，结果分别为： x1,x2, xn ，n次丈量数据的算术平均值 3、中位数 一组丈量数据按大小顺序陈列，中间一个数据即为中位数M ，当n为奇数时，居中者即是；当n为偶数时，正中间两个数的平均值为中位数。12

4、11nniixxxxxnn准确度准确度 (accuracy) 测定值测定值(xi)与真实值与真实值(xT)符合的程度，丈量值与真符合的程度，丈量值与真值之间差别越小，那么分析结果的准确度越高。值之间差别越小，那么分析结果的准确度越高。用误差来评价。用误差来评价。精细度精细度(precision) 多次丈量值多次丈量值(xi)之间相互接近的程度。反映测定的之间相互接近的程度。反映测定的反复性和再现性。用偏向来评价。反复性和再现性。用偏向来评价。 例如，甲、乙、丙、丁四人同时测定铜矿中Cu的百分含量，各分析4次。设真值=37.40%，结果如下：精细度好，准精细度好，准确度不好，系确度不好，系统误差

5、大统误差大准确度、精细准确度、精细度都好，系统度都好，系统误差、偶尔误误差、偶尔误差小差小精细度较差，精细度较差，接近真值是由接近真值是由于正负误差彼于正负误差彼此抵销此抵销精细度、准确精细度、准确度差。系统误度差。系统误差、偶尔误差差、偶尔误差大大分析结果准确度高，要求精细度一定要高。分析结果精细度高，准确分析结果准确度高，要求精细度一定要高。分析结果精细度高，准确度不一定高。度不一定高。 绝对误差偏向 丈量值X与被丈量的真值均值 X0 之间的代数差值。 x=X-X0 相对误差偏向* 丈量值的绝对误差x与被测参量真值均值 X0的比值丈量值与真值之差值称为误差 丈量值与均值之差值称为偏向 平均

6、偏向 单次丈量偏向的绝对值的平均值： 相对平均偏向* 平均偏向与均值的比值： 极差 丈量数据中最大值与最小值之差值。丈量值与真值之差值称为误差 丈量值与均值之差值称为偏向 )(1xxndi%100 xd相对平均偏差minmaxxxR 例例1 1：测定钢样中铬的百分含量，得如下结果：测定钢样中铬的百分含量，得如下结果：1.11, 1.11, 1.16, 1.12, 1.151.16, 1.12, 1.15和和1.121.12。计算此结果的绝对偏向、相对。计算此结果的绝对偏向、相对偏向、平均偏向、相对平均偏向及极差。偏向、平均偏向、相对平均偏向及极差。xxn1.13(% )iddn0.0950.0

7、2(%)i%100%0.02100%1.8%1.13dx相对平均偏差结果绝对偏差相对偏差1.11-0.02-2%1.160.033%1.12-0.01-0.8%1.150.022%1.12-0.01-0.8%解：0.05(%)x-xminmaxR 消费部门对于分析结果允许误差的一种表示方法。假设分析结果超出允许的公差范围，称为“超差。 工业分析中，组份含量与公差范围关系：含量（%）908040201051.0.1.01 .001公差相对误差（%）0.30.40.61.01.21.65.02050100 根据性质和产生的缘由可分为三类： 系统误差 在一样条件下，多次反复丈量同一被测参量时，其丈量

8、误差的大小和符号坚持不变，或在条件改动时，误差按某一确定的规律变化，这种丈量误差称为系统误差。具有单向性。 偶尔误差随机误差 在一样条件下多次反复丈量同一被测参量时，丈量误差的大小与符号均无规律变化，这类误差称为偶尔误差随机误差。 过失误差粗大误差 过失误差是由于任务中的过失，而呵斥的明显超出规定条件下预期的误差。 产生缘由方法误差因丈量方法不完善、或者丈量所根据的实际本身不完善等缘由所产生的误差。仪器误差仪器误差丈量所用的工具(仪器、量具等)本身性能不完善或安装、布置、调整不当而产生的误差。试剂误差试剂误差来源于试剂不纯而产生的误差。操作误差操作人员所掌握的分析操作与正确操作有差别所引起的或

9、是由于视读方式不当呵斥等客观要素呵斥的误差。思索题：假设操作人员在整个丈量过程中都采用低读数的方法，产生的误差能否为系统误差？假设偶尔采用低读数的方法，又如何？特征系统误差的特征是丈量误差出现的有规律性和产生缘由的可知性。 系统误差产生的缘由和变化规律普通可经过实验和分析查出。因此，系统误差可被设法确定并消除。 丈量结果的准确度由系统误差来表征，系统误差愈小，那么阐明丈量准确度愈高。产生缘由偶尔误差主要是由于检测仪器或丈量过程中某些未知或无法控制的随机要素(如仪器的某些元器件性能不稳定，外界温度、湿度变化，空中电磁波扰动，电网的畸变与动摇等)综协作用的结果。 特征偶尔误差的变化通常难以预测，因

10、此也无法经过实验方法确定、修正和消除。但是经过足够多的丈量比较可以发现随机误差服从某种统计规律(如正态分布、均匀分布、泊松分布等)。随丈量次数的添加，偶尔误差的算术平均值将逐渐接近于零。 通常用精细度表征偶尔误差的大小。精细度越低偶尔误差越大；反之，偶尔误差就越小。 产生缘由过失误差普通由外界艰苦干扰或仪器缺点或不正确的操作等引起。存在过失误差的丈量值称为异常值或坏值，普通容易发现，发现后应立刻剔除。特征误差数值大，明显歪曲了丈量结果。解： 有效数字 实践上能测到的数字(只需一位不准确，称为可疑数字)。 甲 22.42ml乙 22.44ml丙 22.43ml例如，滴定管读数前三位是准确的，最后

11、一位是估计的，不甚准确，但它不是臆造的。记录时应保管这一位。这四位都是有效数字。*无特殊阐明时，最后一位的误差为1个单位 转化为科学计数法之后的位数包括0 对pH,pM,lgc,lgk等对数值，有效位数取决于小数点后位数 倍数、分数关系等纯数非丈量值可视为无限位有效位数 例： 1.0008 431.81 五位有效数字 0.1000 10.98% 四位有效数字 0.0382 1.9810-10 三位有效数字 0.54 0.00040 二位有效数字 3600 100 有效数字位数模糊 3600不作特殊阐明普通以为有4位有效数字，否那么应根据实践有效数字位数写成： 3.6103 2位 3.60103

12、 3位 “0的作用 数字“0具有双重意义：假设作为普通数字运用，它就是有效数字；假设作为定位用，那么不是有效数字。 0.00 40 数字前面的 “0只起定位作用，后面的“0是有效数字。 对数的有效数字取决于对数的尾数 pH = 11.20 两位有效数字 H+= 6.310-12 mol L-1 常数、e 等位数无限制，根据需求取。 有效数字的位数直接与丈量的相对误差有关。m 分析天平分析天平(称至称至0.1mg):12.8228g(6) , 0.2348g(4) , 0.0600g(3) 千分之一天平千分之一天平(称至称至0.001g): 0.235g(3) 1%天平天平(称至称至0.01g)

13、: 4.03g(3), 0.23g(2) 台秤台秤(称至称至0.1g): 4.0g(2), 0.2g(1)V 滴定管滴定管(量至量至0.01mL):26.32mL(4), 3.97mL(3) 容量瓶容量瓶:100.0mL(4),250.0mL (4) 移液管移液管:25.00mL(4); 量筒量筒(量至量至1mL或或0.1mL):25mL(2), 4.0mL(2)确定下面数值的有效位数：25.30pH=10.2040000.03030309.31x10-124位无穷位2位4位6位3位 记录时只保管一位可疑数字。 修约 舍弃多余的有效数字。 修约规那么 “四舍六入五成双，五后没数看单双，五后有数

14、就进一修约前3.1487.397674.575.52.451 例： 将以下数字修约为两位有效数字。*只允许一次修约到要求位数，不能多次修约。只允许一次修约到要求位数，不能多次修约。如：如：13.4565 13.456 13.46 13.5 14(错错)修约后3.17.474762.5 加减法加减法 其和或差的有效数字保管，以小数点后位其和或差的有效数字保管，以小数点后位数最少的数据为根据数最少的数据为根据(绝对误差最大的绝对误差最大的)。 例：例： 0.0121+25.64+1.05782 25.64 0.01误差误差 Sum = 0.01+25.64+1.06 = 26.71 乘除法乘除法

15、其积或商的有效数字保管，以有效数字最少的数其积或商的有效数字保管，以有效数字最少的数据为根据据为根据(相对误差最大的相对误差最大的)。 按第一个数字修约为三位有效数字 0.012125.61.06 = 0.328 1100%0.8%1211100%0.4%25641100%0.009%105782 0.0121 25.64 1.05782?例： 乘方或开方乘方或开方 结果有效位数不变结果有效位数不变 例如，例如，6.542=42.8 对数对数 对数尾数的位数应与真数的有效数字位数对数尾数的位数应与真数的有效数字位数一样一样 例如，例如，pH=log(6.3x10-11)=10.20 数据首位数

16、大于或等于数据首位数大于或等于9时，那么有效数字时，那么有效数字可多算一位。如，可多算一位。如，9.46可看着可看着4位有效数字位有效数字 在大量运算中，对参与运算的一切数据可在大量运算中，对参与运算的一切数据可多保管一位可疑数字，最后按要求修约。多保管一位可疑数字，最后按要求修约。 1. 正确地记录分析数据 2. 正确地选取用量和选用适当的分析仪器 3. 正确地表示分析结果 配置1.00mg/L的K+(39.10 )溶液，运用KBrO3(167.00)和K2CO3(.21)何者更好？每1.00g的K需求4.271g的KBrO3,1.767g的K2CO3,假定称量误差为0.001g，者两者的相

17、对误差分别为0.23和0.56，运用KBrO3更好。 步骤5中称量应运用精度为0.1mg的分析天平 步骤6中可运用普通台秤上述两个步骤中称量应该运用何种天平？ 计算以下各式的值： 10.23+0.020 10.0 x0.050 Log(1.00 x10-10) Log(2.55+2.445+0.5000 x10.0) 滴定分析法的特点和主要方法 滴定分析法对化学反响的要求和滴定方式 规范溶液和基准物质 滴定分析法计算* 定量分析操作概述 滴定分析法容量分析法 运用滴定管将一种知准确浓度的试剂溶液规范溶液滴加到待测物的溶液中，直到待测组分恰好完全反响为止，然后根据规范溶液的浓度和所耗费的体积，算

18、出待测组分的含量。 特点 简便、快速，适于常量分析，准确度高, Er 可达0.1%，运用广泛 分类 酸碱滴定法、络合滴定法、氧化复原滴定法、沉淀滴定法规范溶液规范溶液待测溶液待测溶液滴定滴定(Titration)：滴加规范溶液的操作过程。：滴加规范溶液的操作过程。化学计量点化学计量点(Stoichiometric point)：滴加规范：滴加规范溶液与待测组分恰好完全反响之点。溶液与待测组分恰好完全反响之点。指示剂指示剂(Indicator)：滴定分析中能发生颜色改：滴定分析中能发生颜色改动而指示终点的试剂。动而指示终点的试剂。终点终点(End point)：指示剂变色之点。：指示剂变色之点。

19、终点误差终点误差(Error of end point) ：实践分析操作：实践分析操作中指示剂变色点与化学计量点之间的差别。中指示剂变色点与化学计量点之间的差别。 有确定的化学计量关系，反响按一定的反响方程式进展 反响要定量进展 反响速度较快 容易确定滴定终点 a.直接滴定法直接滴定法 b.间接滴定法间接滴定法 如如Ca2+沉淀为沉淀为CaC2O4，再用硫酸溶解，再用硫酸溶解，用用KMnO4滴定滴定C2O42-,间接测定间接测定Ca2+ c.返滴定法返滴定法 如测定如测定CaCO3,参与过量盐酸，多余盐酸用参与过量盐酸，多余盐酸用规范氢氧化钠溶液返滴规范氢氧化钠溶液返滴 d.置换滴定法置换滴定

20、法 先用适当试剂与待测物质反响，定量置换先用适当试剂与待测物质反响，定量置换出另一种物质出另一种物质 ，再用规范溶液去滴定该物，再用规范溶液去滴定该物质的方法。适用于无明确定量关系的反响。质的方法。适用于无明确定量关系的反响。 基准物质 能用于直接配制和标定规范溶液的物质。 要求：试剂与化学组成一致；纯度高；稳定；摩尔质量大；滴定反响时无副反响。 规范溶液 知准确浓度的试剂溶液。 直接配制 准确称取一定量基准物质，溶解后配成一定体积的溶液，根据物质质量和溶液体积，计算出准确溶度。 标定 先配制成近似浓度溶液，在用基准物质规范溶液来标定它的准确溶度。 单位 质量体积分数、物质的量体积分数a. 直

21、接配制法直接配制法 称一定量的基准物质称一定量的基准物质B(mB g直接溶直接溶于一定量于一定量(V L)的溶剂配制。的溶剂配制。 cB=nB/V=mB/MBV b 标定法：标定法： 根据滴定剂和被测物质的比计算求出。根据滴定剂和被测物质的比计算求出。bBtT=aAcB=b/t cTVT/VB =bmT/tMT VB直接法标定法1.2258g/294.18mol/g*6/1.000L=0.02500mol/L0.4g/271.50mol/g*200.59g/mol/1.000L=0.1000g/L=100mg/1000mL=0.1mg/mL=100g/mLSP时时 ATnnatTAntan或

22、化学计量数之比化学计量数之比 物质的量之比物质的量之比 P 找出被测物分子、离子、元素、官能团与知物之间的计量关系 计算知物的用量物质的量 计算出被测物的物质的量 计算出样品稀释倍数 计算被测物的浓度解：1、根据Ag+Cl-=AgCl，得到计量关系nNaCl=nCl=nAg2、nAg=0.1000molL-1x33.85mL=3.385mmol3、 nNaCl=nCl=nAg=3.385mmol=3.385x10-3mol4、稀释倍数：250.0mL/25.00mL=10.005、wNaCl=nNaClMNaCl10.00/m=3.385x10-3mol58.443gmol-110.00/2.

23、000g=0.9891gg-1=98.91% 解：解： 实验报告的书写 实验用水 化学试剂 玻璃仪器的洗涤与枯燥 一、目的要求一、目的要求 二、实验原理二、实验原理 三、主要试剂和仪器三、主要试剂和仪器 四、实验步骤四、实验步骤 五、实验数据记录与处置五、实验数据记录与处置 六、问题讨论六、问题讨论要清楚标注仪器型号要计算偏向，分析结果 纯水分级纯水分级制备方法制备方法优点优点缺点缺点蒸馏法蒸馏法成本低，易操作成本低，易操作不能除掉挥发性杂质，不能除掉挥发性杂质，且能耗高且能耗高离子交换法离子交换法成本低成本低去离子效果好去离子效果好不能除掉非离子型杂质，不能除掉非离子型杂质，设备及操作复杂设

24、备及操作复杂电渗流法电渗流法去离子效果好去离子效果好不能除掉非离子型杂质不能除掉非离子型杂质*除此之外还有无铅水、无酚水等特殊要求的实验用水除此之外还有无铅水、无酚水等特殊要求的实验用水A.金属蒸馏器二金属蒸馏器二次蒸馏次蒸馏B.全玻璃蒸馏器蒸全玻璃蒸馏器蒸馏馏C.自来水经过活自来水经过活性炭、混合树脂性炭、混合树脂及醋酸纤维膜及醋酸纤维膜D.去离子水经过去离子水经过特氟隆膜再石英特氟隆膜再石英蒸馏器双蒸蒸馏器双蒸E.去离子水亚沸蒸去离子水亚沸蒸馏馏F.自来水经过滤膜、自来水经过滤膜、交换、蒸馏、亚交换、蒸馏、亚沸蒸馏沸蒸馏ABCDEFAg1.0-0.01-0.0020.002Ca50.0-1

25、.00.10.030.03Cr-0.10.10.020.02Cu50.060.2-0.010.01Fe0.110.20.10.060.05Mg8.0-0.3-0.090.09Ni1.010.10.10.020.02Pb50.020.1-0.0030.003Sn5.0-0.1-0.020.02Ti-0.1-0.01-Zn10.010.10.50.040.04Mn-1-0.1-Co-0.1-K-0.1-0.09Cd-0.1-0.0050.005Na1.0-1.0-0.060.06Al54-各种纯水中的杂质含量各种纯水中的杂质含量, ng/g级别级别名称名称符号符号标签颜色标签颜色应用范围应用范围一级一级优级纯优级纯GR绿绿精密分析研究工作精密分析研究工作二级二级分析纯分析纯AR红红分析实验分析实验三级三级化学纯化学纯CP蓝蓝一般化学实验一般化学实验四级四级实验试剂实验试剂LR黄黄工业或化学制备工业或化学制备生化生化试剂试剂生化试剂生化试剂BR咖啡或玫咖啡或玫瑰红瑰红生化实验生化实验*其他表示方法：高纯物质其他表示方法：高纯物质